modelagem, visualização, colaboração e simulação.”
Figura 8 - Integrated Project Delivery (IPD)
Fonte: http://bimboom.blogspot.com.br/2008/08/essence-of-bimupdated.html. Acesso em: 22 mar. 2014.
Alguns aspectos permitem diferenciar e comparar as ferramentas BIM, entre elas: a) o nível de automação dos processos de geração, edição e atualização da
documentação sobre a edificação: criação de pranchas técnicas, de quadros e tabelas, extração de relatórios e dos dados do modelo;
b) as instâncias de visualização implementadas;
c) a variedade de objetos disponibilizados no programa (tipos de paredes, esquadrias, coberturas, estruturas, etc.);
d) a possibilidade e facilidade ou dificuldade de importação de novos objetos.
Figura 9 – Ferramentas BIM
Fonte: elaboração da autora.
Tendo discutido sobre a adoção, o processo colaborativo e as ferramentas utilizadas no contexto da modelagem da informação da construção, a seção 3.4 trata das características que deve ter um modelo BIM.
3.4 O MODELO BIM
Antes de iniciar a discussão sobre as características do modelo BIM, é importante explicar um posicionamento adotado. Entende-se que durante o desenvolvimento do modelo BIM diversos arquivos e ferramentas são utilizadas, gerando um conjunto de “modelos” que irão agregar as informações sobre a edificação.
Kymmell (2008) relaciona diferentes tipos deles, como o modelo conceitual, o de projeto, o de construção, aquele utilizado para extrair os desenhos da obra, o modelo de detalhes, os que representam como foi construída a edificação (as-built) e o modelo para
operar e manter a edificação (BARISON; SANTOS, 2010c, p. 5).
Neste trabalho, optou-se por tratar estes “modelos” como um só “modelo”, entendendo que, mesmo em diferentes arquivos, as informações devem ser unívocas e inseridas sem duplicidades, para se construir a desejada modelagem.
Como explicado na seção 3.3, As Ferramentas BIM, questões de interoperabilidade ainda acarretam em perda de dados e demandam a reinserção de informações nos “modelos”. Acredita-se, entretanto, que a tendência é que estes problemas sejam cada vez mais minimizados até, eventualmente, sua completa solução. Neste sentido, trata-se aqui deste conjunto de arquivos que são “modelos” da edificação e que podem ser gerados com diferentes propósitos, em diferentes momentos do ciclo de vida e com a participação de diferentes atores. No entanto, eles devem se agregar em um conjunto coordenado e coerente para fazer parte deste modelo único da edificação.
O modelo BIM é, então, uma base de dados digital, integrada e autoconsistente, que representa a edificação e que possibilita a realização de simulações e operações sobre o conjunto de objetos parametrizados que a constitui, tanto aqueles que descrevem os elementos concretos como portas e janelas, quanto aqueles que tratam de elementos abstratos como prazos, custos, cronogramas, etc. (CHECCUCCI; AMORIM, 2008).
Realizar análises e simulações (no comportamento estrutural da edificação; no seu desempenho acústico e energético, dentre outros) buscando aperfeiçoar os processos que fazem parte do ciclo de vida da edificação (de projeto, construtivos, de manutenção, de demolição, etc.) é uma das vantagens do modelo BIM. Para tal, o modelo apresenta uma dimensionalidade que vai da representação tridimensional da edificação (3D), até a representação de outras características (nD). Segundo Kymmell (2008), o 4D refere-se ao tempo, o 5D ao custo e o nD a qualquer outra característica agregada ao modelo, como análise de energia, sustentabilidade do projeto ou informações para etapas de uso e manutenção da edificação. Já Molavi e Shapoorian (2012) dizem que o modelo 6D é aquele que agrega dados sobre a eficiência energética da edificação.
A possibilidade de testar e a avaliar formas e materiais diferenciados; o auxílio ao planejamento da obra e à confecção orçamentária; a extração de relatórios e planilhas de forma automatizada e consistente são outras vantagens obtidas com o modelo BIM, que
potencializam a redução de desperdício de materiais e permitem a otimização da construção.
O modelo BIM deve ser autoconsistente, não permitindo a inserção de informações incoerentes ou em duplicidade e deve ter características semânticas do contexto da construção. Seus objetos devem comportar-se como os elementos que representam, trazendo informações como suas dimensões, cor, material, custo, fabricante, comportamento, dentre outras.
A semântica do modelo BIM é o atributo que irá garantir a adequada transferência da informação entre os atores do processo, reduzindo a necessidade de inserção dos mesmos dados mais de uma vez e os erros de interpretação dos mesmos. Quanto melhor o modelo for capaz de armazenar e disponibilizar os dados inseridos, permitindo que eles se transformem em informações úteis aos diversos profissionais que o utilizarão, mais eficiente ele será.
Date (1996) explica que a modelagem semântica objetiva representar significados, e é realizada a partir de quatro passos: o primeiro é a identificação de um conjunto de conceitos semânticos que parecem úteis quando se fala informalmente sobre o mundo que se deseja representar; o segundo é a criação de objetos formais, que possam representar os conceitos identificados; o terceiro é a criação de regras de integridade que acompanham os objetos e, finalmente, o desenvolvimento de operadores formais para manipular esses objetos.
Pentilla (2005 apud AYRES FILHO, 2009, p. 61) afirma que a semântica é a maior diferença entre a representação de uma edificação utilizando modelo baseado em desenhos e utilizando BIM:
Os modelos BIM registram tanto os elementos construtivos como as relações funcionais entre eles, e também entre os elementos de representação que os descrevem graficamente. Isso cria um conjunto coerente que pode ser interpretado tanto por usuários como por computadores, e mantém o significado da informação durante as transmissões entre as fases de desenvolvimento. (PENTTILA, 2005 apud AYRES FILHO, 2009, p. 61).
As informações do modelo podem estar representadas como elementos geométricos (uma porta, por exemplo), possuindo uma forma simbólica em duas e três dimensões ou
podem constar apenas como parâmetros de outros objetos, a serem inseridos no banco de dados (a fase da obra à qual pertence a porta, a especificação de sua cor e material, sua resistência ao fogo, etc.).
Segundo Eastman e colaboradores (2011, p. 29), o modelo BIM pode ser descrito pelo seu conteúdo ou pelas suas capacidades, sendo a última abordagem preferível, porque define o que se pode fazer em vez de como o banco de dados é construído, o que irá variar de acordo com cada software.
Estes autores afirmam que o modelo BIM pode ser caracterizado por possuir:
a) elementos de construção (objetos) que são representados digitalmente e que contém atributos gráficos e dados que os identificam, bem como regras paramétricas que lhes permitam ser manipulados de forma inteligente; b) componentes que incluem dados que descrevem a forma como eles se comportam, necessários para análises e processos de trabalho [...];
c) dados consistentes e não redundantes de tal forma que suas alterações são representadas em todas as vistas do componente e nos conjuntos dos quais faz parte;
d) dados coordenados de tal forma que todos os pontos de vista de um modelo são representados de forma coordenada. (EASTMAN et al., 2011, p. 16, tradução nossa26).
As informações devem ser unívocas, trazendo uma relação de um para um do modelo para o objeto representado: cada elemento, característica, conexão, existente no objeto real ou a ser construído deverá estar representado no modelo, sem duplicidade.
Estas informações deverão poder ser operadas (apresentadas, visualizadas, editadas, extraídas,...) de diversas formas, atendendo às diferentes necessidades da equipe de profissionais. Por exemplo, deve ser possível visualizar a informação sobre a cor de determinada lâmpada na forma de uma imagem que a represente ou na forma de uma tabela que contenha as especificações da luminária que irá abrigar esta lâmpada.
O modelo BIM utiliza uma abordagem computacional de modelagem orientada a
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No original: “Building components that are represented with digital representations (objects) that carry
computable graphic and data attributes that identify them to software applications, as well as parametric rules that allow them to be manipulated in an intelligent fashion. Components that include data that describe how they behave, as needed for analyses and work processes […]. Consistent and nonredundant data such that changes to component data are represented in all views of the component and the assemblies of which it is a part. Coordinated data such that all views of a model are represented in a coordinated way.” (EASTMAN et al.
objetos e é formado por um conjunto de objetos paramétricos.
“Um objeto paramétrico pode ser entendido como uma unidade de informação (ou classe) que encapsula os dados (os parâmetros) e métodos para processá‐los (scripts), resultando em uma instância do objeto.” (AYRES FILHO, 2009, p. 16).
Eastman e colaboradores (2011, p. 31-32) definem como um objeto paramétrico aquele que: (a) possui definições geométricas associadas a dados e regras; (b) possui geometria não redundante e que não permita inconsistências; (c) tem regras paramétricas que modificam automaticamente geometrias associadas; (d) pode ser definido em diferentes níveis de agregação27 e manejado em vários níveis hierárquicos; (e) tem regras que permitem identificar quando determinada alteração torna inviável o objeto; (f) possui habilidade para receber e exportar conjuntos de atributos, como por exemplo, dados acústicos, energéticos, etc.
Estes autores explicam, ainda, que várias tecnologias diferentes são combinadas para se construir atualmente um sistema de modelagem paramétrica: (a) no nível mais simples, a definição de formas complexas e conjuntos definidos por poucos parâmetros – chamado de modelagem sólida paramétrica; (b) ocorre um incremento nos conjuntos formados, de forma que a alteração de um elemento automaticamente altere outro a ele associado – chamado de conjuntos paramétricos; (c) um incremento maior permite que parâmetros que definem uma forma se liguem a parâmetros que definem outra forma, permitindo a alteração automática de diferentes conjuntos do modelo – chamado de modelagem paramétrica completa (EASTMAN et al., 2011, p. 59).
O modelo paramétrico é formado por um conjunto de sólidos paramétricos, que ampliam as capacidades de um modelo geométrico, por agregar outras informações além das representações topológicas e geométricas. “Eles contêm também a metaestrutura a partir da qual novas instâncias dos sólidos podem ser derivadas.” (AYRES FILHO, 2009, p. 25).
Um exemplo de conjunto de parâmetros de um objeto “porta” pode ser: largura, altura, espessura e material da folha da porta; existência de alisar; largura, espessura e
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Por exemplo, pode-se trabalhar com uma parede completa ou com suas diferentes camadas independentemente. Se um componente da parede é alterado por outro de diferente peso, o peso total da parede é automaticamente ajustado.
material do alisar; peso da porta; especificação da maçaneta, da fechadura; das dobradiças; do sentido de abertura; pavimento onde está localizada a porta; coordenadas de inserção; altura da porta em relação ao pavimento onde está inserida; custo e fabricante da porta; medidas do vão em osso da porta; resistência ao fogo; necessidade de troca e/ou manutenção dos seus componentes; parâmetro para inserção de outras informações.
Maritano (2011) afirma que durante a micromodelagem dos componentes da edificação ou PIM (Product Information Modeling) devem ser pensadas pelo menos três questões: a finalidade do componente no modelo; a quantidade de informação que aquele componente deve agregar e, a forma como serão inseridas as informações. Estas questões irão determinar a relação entre a complexidade e a produtividade: um modelo pode agregar muita informação, mais do que será utilizada em determinada fase, tornando sua manipulação muito demorada, exigindo uma capacidade de software e hardware maior do que seria preciso se seus componentes fossem mais simplificados (informação verbal)28.
Deste modo, pode ser recomendável a construção de modelos simplificados, para realizar determinadas funções dentro do ciclo de vida da edificação, como por exemplo, a criação de objetos de geometria simplificada para verificar incompatibilidade ou colisões entre elementos da edificação.
Outro conceito importante da modelagem orientada a objetos, que é utilizado no BIM é o de classe:
Uma classe é uma definição de uma categoria de objetos, mais genérica ou mais especializada em função da posição que ocupe numa hierarquia de classes onde classes-filhas herdam todas as características das classes-mães ao mesmo tempo em que especificam particularidades que as distinguem daquelas.
Um objeto é uma instância (ou um exemplar) de uma classe (RUMBAUGH et al., 1994). Possui uma identidade e é distinguível de outros objetos da mesma classe. As classes de objetos, por outro lado, abstraem as características em comum de um grupo de objetos, ou seja, as propriedades (atributos), comportamentos (operações) e relações com outros objetos que são comuns para todos os objetos deste grupo. (FERREIRA et al., 2007, p. 55).
28 Informação obtida durante sua apresentação no II Seminário BIM: Modelagem da Informação da Construção, que ocorreu no dia 20 de outubro de 2011, em São Paulo, realizado pelo SindusCon-SP.
Os objetos do modelo da edificação são instanciações (unidades) que possuem características únicas, como suas coordenadas de inserção e que pertencem a uma classe de objetos da qual possuem características comuns a outros objetos. Seguindo o exemplo da porta, é possível ter em um modelo uma porta instanciada em determinado ponto do espaço e que pertença a uma classe de “porta de duas folhas”, que por sua vez pertença à classe mais genérica chamada “porta”.
A classe “porta” terá parâmetros que existirão em todas as portas. Pode ter, por exemplo, a restrição de só permitir que seus objetos sejam instanciados hospedados em elementos da classe “parede”.
“Porta de duas folhas” terá os parâmetros da classe “porta” e outros específicos, como uma representação gráfica de uma porta que tenha duas folhas, um determinado sentido de abertura das folhas, etc.
O modelo BIM, além de ser paramétrico é relacional. Isto quer dizer que seus objetos relacionam-se entre si, interferindo-se mutuamente. Um exemplo desta característica é a alteração automática da área de um ambiente, quando suas paredes são movidas. Outro exemplo é o deslocamento conjunto de pisos, forros, portas e janelas conectadas à determinada parede, quando ela é movida.
Algumas relações entre os objetos do modelo podem ser ligadas e desligadas. Um exemplo de uma relação editável é a conexão entre uma parede e uma cobertura. Se esta ligação estiver ativa, ao aumentar o pé-direito de uma casa as paredes conectadas ao telhado têm sua altura aumentada. Se a relação for desligada, a base do telhado poderá subir de altura, porém as paredes não terão sua altura modificada.
A autoconsistência do modelo garante que as informações não terão duplicidade nem serão incoerentes. Alguns programas, entretanto, visando ampliar as possibilidades de modelagem para tornar os ambientes mais flexíveis, trazem algoritmos que permitem a quebra de algumas restrições nos objetos. Sobre as restrições do modelo, Ayres Filho explica:
Restrições geométricas ou dimensionais mantêm entidades relacionadas por uma condição de concentricidade, perpendicularidade, ângulo,
distância, etc. As restrições equacionais mantêm entidades relacionadas através da avaliação de um atributo calculado a partir da sua geometria ou de variáveis tecnológicas como torque, densidade ou resistência. Restrições semânticas mantém o relacionamento entre as entidades apenas se uma determinada condição for atendida. Restrições topológicas avaliam condições de incidência, conectividade entre elementos, conjuntos ou partes. (AYRES FILHO, 2009, p. 24).
Quanto mais são utilizadas as restrições impostas pelos comportamentos dos objetos, mais consistente será o modelo, enquanto a quebra destas restrições o torna mais vulnerável, demandando que o profissional realize verificações sobre a consistência do que está modelado.
Outra característica do modelo BIM a ser discutida é o momento em que determinadas informações deverão ser inseridas nele, pois todas elas não serão necessárias em todas as fases do ciclo de vida da edificação. Estas informações também poderão ser úteis para realizar apenas um conjunto de atividades e por apenas um grupo de profissionais. Por exemplo, uma informação de custo de um objeto poderá ser útil para a composição do orçamento do empreendimento, para a aquisição deste material, para criar alternativas e comparar diferentes opções de especificações, dentre outros, mas não será necessária para a simulação térmica da edificação ou das cargas que atuam no edifício.
Neste sentido, uma das questões a serem discutidas na construção de um modelo BIM é o chamado Level of Development (LOD) ou o seu nível de desenvolvimento, que diz respeito às informações que deverão ser inseridas na medida em que ele é desenvolvido, nas diversas fases do ciclo de vida da edificação.
Bedrick (2008) explica que um protocolo LOD foi desenvolvido por uma divisão da Graphisoft em 2004 e em 2008 foi incorporado a um modelo de documento oficial do American Institute of Architects (AIA) – AIA Document E202 – 2008: Building Information
Modeling Protocol Exhibit. Este documento define quem é responsável pelo modelo BIM em
cada fase do seu ciclo de vida; quem são os profissionais autorizados a usá-lo; para que funções, em cada fase, ele pode ser utilizado; quem irá gerenciá-lo e quem irá deter sua posse após a sua criação pela equipe29.
29
Este documento foi atualizado pela AIA e publicado no AIA Document E203-2013, Building Information
Modeling and Digital Data Exhibit, junto com os documentos G201-2013, Project Digital Data Protocol Form e o
Esta proposta apresenta cinco níveis de desenvolvimento (LOD) do modelo:
1) LOD100 – equivale aos estudos de massa, com uma primeira aproximação da indicação de área, altura, volume, localização e disposição do empreendimento no terreno, além de dados não geométricos;
2) LOD200 – os elementos são modelados de forma ainda não definitiva nem detalhada e informações não geométricas também podem ser utilizadas. O modelo pode ser utilizado para apresentar um estudo preliminar do projeto ao cliente;
3) LOD300 – neste nível de desenvolvimento os elementos devem ter geometria detalhada e precisão em termos de especificações, quantidades, dimensões e formatos. O modelo deve possuir informações completas sobre todos os elementos e sistemas da edificação (todas as disciplinas), permitindo a realização de compatibilização e clash detection (identificação de conflitos entre componentes). O modelo permite a extração de informações suficientes para elaboração do anteprojeto da edificação30;
4) LOD400 – este nível de desenvolvimento objetiva a fabricação da edificação e de seus componentes, equivalendo ao projeto executivo da obra, com seus detalhes e especificações minuciosas. O modelo permite a extração de quantitativos e auxilia na elaboração de cronograma e orçamento precisos;
5) LOD500 – este nível de desenvolvimento do modelo representa a edificação tal qual foi construída (as-built). O modelo neste LOD servirá como base para as fases posteriores, de uso e manutenção da edificação.
30
Em 2013 a AIA atualizou os níveis de desenvolvimento, criando o LOD350. Bedrick (2013) explica que este nível traz mais informações que o LOD300 sem, no entanto, atingir o LOD400. Além dos requisitos do LOD300, o LOD350 deve apresentar as interfaces que o objeto pode ter com outros sistemas da edificação. Então, o LOD350 traz informações suficientes para instalação dos elementos e coordenação interdisciplinar.
O Quadro 4 descreve os usos e as informações gerais que devem constar no modelo nos seus diferentes níveis de desenvolvimento e o Quadro 5 descreve um exemplo de informações inseridas em um elemento “parede” nos diferentes LOD.
Quadro 4 - Níveis de desenvolvimento do modelo BIM
LOD 100 LOD 200 LOD 300 LOD 400 LOD 500
Conteúdo do modelo Estudos de massa e alguns dados não geométricos Elementos em 3D com geometria e definições pouco detalhadas Elementos detalhados com forma, dimensões, capacidades e conexões detalhadas Informações suficientes para compra ou fabricação do componente e sua instalação As-buit - Informações sobre a edificação construída Usos autorizados do modelo Estudos de massa Desenvolvimento do projeto Compatibilização e Clash detection Instalação e construção das peças Manutenção Cronograma de obra (4D Scheduling) Duração total da obra Criação de fases para a construção dos maiores elementos Divisão da construção no tempo Discriminação das atividades e sistemas construtivos mais importantes Divisão da construção no tempo Discriminação detalhada da montagem dos elementos e sistemas construtivos Detalhamento do período de fabricação e montagem dos elementos, incluindo as formas e métodos de construção - Estimativa de custo Custo global estimado por grandes áreas, volumes ou técnicas de estimativa de custo (ex. área de piso) Custo estimado baseado na medida global dos elementos e em técnicas de estimativa de custo Custo estimado baseado na medida dos elementos detalhados e em técnicas de estimativa de custo Custo baseado em especificações que permitam sua compra e instalação Custo real Cumprimento do programa previsto Grandes áreas e departamentos Requisições específicas de cada ambiente Mobiliário, acessórios, equipamentos, armários embutidos - - Materiais sustentáveis Estratégias de sustentabilida- de (LEED) Quantidades aproximadas de materiais, segundo as categorias LEED Quantidades precisas de materiais, com % de reciclagem e locais de aquisição